авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Макропористые гидрогели на основе сшитого поливинилового спирта

На правах рукописи

АРТЮХОВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ

Макропористые гидрогели на основе сшитого поливинилового

спирта

Специальность: 02.00.06 – Высокомолекулярные соединения

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Москва – 2006

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете имени Д.И.Менделеева

Научный руководитель доктор химических наук, профессор Штильман М.И.

Официальные оппоненты доктор химических наук, профессор Грицкова И.А.

доктор химических наук, профессор Ярославов А.А.

Ведущая организация Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН «27» декабря 2006 г. в

Защита состоится на заседании Диссертационного совета ДМ.212.204.01 в Российском химико технологическом университете им. Д.И.Менделеева (125047 Москва, Миусская площадь, д.9.) в ауд. №

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ им. Д.И.Менделеева Автореферат разослан «27» ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ.212.204.01, кандидат химических наук Клабукова Л.Ф.

Введение.

Актуальность работы. Полимерные гидрогели, в силу ряда уникальных свойств, позволяющих использовать в их различных областях, связанных с медициной и биотехнологией, привлекают в последние десятилетия все большее внимание исследователей. Особое место среди полимерных гидрогелей занимают, так называемые, макро - и суперпористые полимерные гидрогели, то есть гидрогелевые системы, обладающие системой пор с размерами в десятки и сотни микрометров. В литературе описаны примеры применения таких систем как компонентов систем с контролируемым выделением лекарственного вещества, подложек для клеточной инженерии, материалов для имплантатов и пломбировочных материалов в хирургии, высокоэффективные сорбентов для разделения и очистки белков, и т.п.

Одной из наиболее доступных групп макропористых гидрогелей, являются, так называемые, криогели поливинилового спирта, образующиеся при замораживании и последующем оттаивании растворов этого полимера.

Однако, как правило, такие системы являются термически нестабильными и разрушаются, переходя в водный раствор при нагревании, и требуют закрепления структуры с использованием дополнительных, зачастую токсичных, сшивающих реагентов или жесткого излучения. Все это, в значительной степени, усложняет и удорожает технологию их получения, а также существенно ограничивает возможные сферы применения. Поэтому разработка методов и подходов, позволяющих получать макропористые гидрогели на основе поливинилового спирта, лишенные этих недостатков представляет значительный интерес.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования являлось получение макропористых полимерных гидрогелей на основе поливинилового спирта, обладающих, по сравнению с широко известными физическими криогелями поливинилового спирта, повышенной термической стабильностью и степенью развитости пористой структуры.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

– синтез модифицированного полимера на основе поливинилового спирта, содержащего в боковой цепи непредельные связи, в количестве достаточном для образования трехмерной пространственной структуры в присутствии инициаторов радикальной полимеризации, при незначительном изменении физико-химических и токсикологических свойств модифицированного полимера, по сравнению с исходным поливиниловым спиртом;

– изучение влияния различных факторов на процесс образования сшитых макропористых гидрогелей на основе модифицированного поливинилового спирта в воднозамороженных растворах и выявлении оптимальных условий синтеза;

– исследование свойств, строения, макроструктуры образующихся макропористых гидрогелей;

– исследование токсичности полученных гидрогелей, их взаимодействия с тканями организма, изучение возможности их практического применения;

Научная новизна. В работе впервые в условиях криоструктурирования синтезированы макропористые полимерные гидрогели на основе метакрилатного производного поливинилового спирта, устойчивые к нагреванию и не требующие дополнительной фиксации структуры. Исследован процесс сшивки в воднозамороженных растворах, выявлено влияние условий синтеза на морфологию поверхности, образующихся систем, изучены деформационные свойства и проведена оценка параметров пространственной сетки полученных гидрогелей. Выявлена корреляция между степенью развитости пористости полученных полимерных гидрогелей и их осмотическими свойствами. Продемонстрирована высокая биосовместимость полученных макропористых систем.

В работе получены новые Практическая значимость работы.

макропористые полимерные гидрогели поливинилового спирта, обладающие высокой термической стабильностью, значительным водопоглощением, незначительно изменяющимся при изменении внешних условий - ионной силы и величины водородного показателя раствора, высокой биосовместимостью, достаточной механической прочностью. Продемонстрированы примеры эффективного применения разработанных макропористые гидрогели в качестве материала для замещения дефектов мягких тканей и послеоперационных полостей, а также как компонента систем для лечения ран и ожогов.



Результаты работы были представлены на Апробация работы.

(Москва), конференциях МКХТ-2004, МКХТ-2005 международной конференции студентов и аспирантов «Ломоносов-2005» (Москва, 2005 г.), конференции «New Polymer System for Biotechnological and Biomedical Applications» (Ереван, Республика Армения, 2005 г.), на 3-ем и 4-ом международных конгрессах «Biotechnology. State of the art & prospects of development» (Москва, 2005 и 2006 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ (4 статьи в журналах и сборниках трудов и 4 тезиса докладов) Объем и структура работы. Диссертация изложена на 152 страницах, состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка литературы;

содержит 19 таблиц, рисунка, 177 библиографических ссылок.

Полученные результаты и их обсуждение.

1. Объекты исследования Макропористые полимерные и суперпористые полимерные гидрогели в последние годы привлекают повышенное внимание исследователей, работающих в области создания материалов для биомедицинского применения.

Наличие в структуре таких гидрогелей системы сообщающихся пор обеспечивает им высокую удельную поверхность, доступность функциональных групп для присоединяемых лигандов, отсутствие диффузионных затруднений при сорбции и десорбции веществ с широким спектром значений молекулярных масс и ряд других уникальных свойств, обеспечивая тем самым широчайший спектр возможных областей применения таких систем. Наиболее доступными пористыми гидрогелями, являются физические криогели поливинилового спирта (ПВС), образующиеся при замораживании его растворов, однако они, как правило, термически обратимы, либо требуют дополнительной фиксации структуры, с использованием труднодоступных, либо высокотоксичных реагентов, что существенно усложняет технологию их получения и очистки и ограничивает потенциально возможные сферы применения.

В настоящей работе, с целью устранения этих недостатков был предложен метод получения макропористого полимерного материала на основе сшитого поливинилового спирта путем проведения полимеризации в водных замороженных растворах заранее приготовленного и очищенного водорастворимого ненасыщенного производного поливинилового спирта.





Вводимые в боковую цепь полимера содержащие кратные связи группы, обеспечивали образование пространственной сетки химических связей в условиях радикальной полимеризации, что позволило увеличить устойчивость, образующихся полимерных систем, и также исключало необходимость дополнительной фиксации их структуры.

CH2OOCC CH [I] O CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH n m OH x OH O x CH HO CH CH O C C CH O CH Для модификации ПВС был использован глицидиловый эфир метакриловой кислоты (ГМА). Полимеризация ненасыщенных производных поливинилового спирта осуществлялась в присутствии инициатора радикальной полимеризации - персульфата калия (ПСК), в качестве ускорителя распада инициатора был использован N,N,N',N'-тетраметилэтилендиамин (ТМЭД).

2. Исследование процесса модификации поливинилового спирта На первом этапе работы было проведено исследование процесса модификации поливинилового спирта. Реакции проводили в среде диметилформамида в интервале температур 120 - 140 °С и концентраций поливинилового спирта от 2 до 10 мас. % при соотношениях ГМА и ПВС от Степень замещения, 5 1/50 до 1/10 моль/моль-эквивалент.

4 Состав образующегося % мольн.

6 модифицированного полимера 4 подтверждается данными ПМР и 2 ИК-спектроскопии.

По результатам проведенных 0 2 3 4 Время, ч.

Рис.1. Зависимость степени замещения от исследований были построены времени при различном соотношении реагентов. Соотношение ГМА/ПВС 1 – кривые конверсий для реакций, 1/50, 2- 1/25, 3- 1/16,7, 4- 1/12,5, 5- 1/ моль/осново-моль, концентрация ПВС протекающих в различных условиях 6 мас.%, температура синтеза 130 °С.

(пример типичной зависимости показан на рис.1), выявлены оптимальные условия, позволяющие получать полимер с заданной степенью замещения. Кроме того, были определены константы скорости реакции для ряда температур.

3. Исследование закономерностей гелеобразования в криоусловиях.

С целью исследования закономерностей влияния различных 4 факторов на процесс формирования Выход,% 1 макропористых полимерных гидро гелей поливинилового спирта в условиях криоструктурирования был проведен ряд синтезов при различных 0 1 Время,ч.

условиях. Реакции проводили в Рис.2. Зависимость выхода от времени при различных концентрациях макромера в интервале температур от -5 до -25 °С, реакционной системе. Концентрации макромера: 1- 2 масс.%, 2- 4 масс.%, 3- при концентрации модифицированного масс.%, 4- 8 масс.%. Температура синтеза – 15 °C, концентрация инициатора 1,2 мг/мл, поливинилового спирта от 1 до степень замещения макромера 4,1 мольн. % масс.%, и инициатора от 0,2 до мг/мл.

Практически во всем интервале изменения концентраций инициатора и макромера в реакционной смеси процесс образования макропористых гидрогелей протекал с высоким выходом (85-90 %) и практически завершался за 3-5 часов, а при высоких значениях концентрации инициатора (более мг/мл.) и макромера (более 12 мас.%) в реакционной смеси, уже за 1,5 - 2 часа.

Однако пористость и механические свойства гидрогелей в этом случае ухудшались, что, очевидно может быть связано с образованием изотропного геля до полного окончания кристаллизации льда, а также частичного образования фазы физических криогелей поливинилового спирта при повышенных концентрациях макромера в реакционной системе.

Характерной особенностью протекания процессов гелеобразования в криоусловиях является наличие экстремума на температурной зависимости выхода геля и скорости его образования. Так и в случае рассматриваемых гидрогелей поливинилового спирта снижение температуры от 0 -5 С, когда система в течение всего процесса оставалась жидкой, до -10 -15 С, когда реакционная смесь находилась в твердом состоянии, приводило к заметному возрастанию скорости реакции и увеличению выхода продукта. При дальнейшем понижении температуры Выход,% скорость реакции и выход снижались.

Проведение реакций в 20 воднозамороженных растворах 0 модифицированного поливинилового - -20 -10 Tемпература, С спирта с различной степенью замещения Рис.3. Зависимость выхода от показало, что образование сшитых температуры.

Концентрация макромера 6 масс.%, степень замещения полимера 4,1 моль.%, макропористых гидрогелей со значимым концентрация инициатора 1,2 мг/мл.

выходом имело место уже для полимеров со степенью замещения гидроксильных групп менее 1 % мольн.

Однако гидрогели, образовавшиеся из макромеров со степенями замещения менее порядка 2 % мольн. характеризовались низкой механической прочностью и разрушались даже при незначительном механическом воздействии. При увеличении степени замещения происходило значительное улучшение механических свойств и рост выхода продукта. Однако при использовании полимеров с высокой степенью замещения (более 8 % мольн.), свойства образующихся гидрогелей существенно ухудшались, вследствие образования геля смешанной структуры из-за частичной сшивки геля до полного перехода реакционной смеси в твердое состояние.

4. Исследование морфологии полученных макропористых полимерных гидрогелей.

Исследование морфологии поверхности полученных гидрогелей показало, что последняя представляют собой достаточно сложную струтурно морфологическую организацию.

В зависимости от условий синтеза в результате процесса криоструктурирова ния образовывались как гидрогели, характеризующиеся ажурной структурой A Б с большим содержанием пор (рис. 4А), так и системы, находящиеся в другой области обращения фаз (рис. 4Б), в этом случае основное поле рисунка занимают В Г фибриллярные, ламеллярные, древо Рис. 4. Примеры микрофотографий образцов гидрогелей видные, дендрические образования, состоящие из сшитого полимера, внутри и между которых расположены случайно распределенные дисперсные поры. Помимо этого, в отдельных случаях были получены системы, в которых поры представляют собой дефекты структуры, образовавшиеся в результате кристаллизации воды в объеме сформировавшегося изотропного геля (рис 4В). Помимо крупных макропор с размерами в десятки микрометров, в основном, определяющих физико химические характеристики макропористых гелей, в их структуре присутствует большое количество более мелких (рис. 4Г), представляющих собой дефекты в стенках макропор, существенно увеличивающих удельную поверхность последних и обеспечивающие дополнительное сообщение между макропорами гидрогеля.

Характер влияния различных факторов на структуру образующихся гидрогелей был различен. Так, изменение концентрации инициатора практически не влияло на средний размер пор, общую пористость и распределение пор по размерам. При 100 пористость увеличении концентрации макромера Средний размер пор, Пористость, % в реакционной системе наблюдалось 60 снижение общей пористости, а также мкм.

увеличение относительной доли средний размер пор фракции более мелких пор и сужение 20 распределения пор по размерам и, как 0 следствие, монотонное снижение 0 4 8 Концентрация макромера, мас. % среднего размера пор (рис. 5 и 6).

Рис.5. Зависимость общей пористости и среднего размера пор для образцов, При изучении влияния полученных при различной концентрации реакционной макромера в реакционной температуры на структуру смеси.

-15 °С.

Температура синтеза образующихся гелей охлаждение 1,2 мг/мл, Концентрация инициатора степень замещения полимера 4,1 мольн.%. системы проводили двумя методами:

«простым» охлаждением системы до температуры проведения реакции и путем быстрого охлаждения реакционной смеси до температуры жидкого азота, с последующим повышением температуры до температуры реакции («температурная закалка»).

0, 0, 0, Ni/Ni 0, 0, 68 Концентрация, dср, мкм % Рис.6. Гистограмма распределения пор по размерам для образцов, полученных при различных концентрациях реакционной смеси.

Температура синтеза -15 °С. Концентрация инициатора 1,2 мг/мл, степень замещения полимера 4,1 мольн.%.

При «простом» охлаждении в диапазоне температур от -10°С до -25°С происходило монотонное снижение среднего размера пор, сужение диапазона изменения размера пор и обогащение системы более мелкими порами. При «температурной закалке» полученные полимерные системы содержали преимущественно очень мелкие поры, причем их размер и характер распределения по размерам практически не зависел от температуры проведения процесса.

5. Определение плотности пространственной сетки гидрогелей.

Для определения деформационных свойств гидрогелей в набухшем состоянии была использована методика определения кривых напряжение деформация при сжатии. Измерения проводили на образцах цилиндрической формы диаметром 14 мм. Толщина образцов, задавалась в процессе, кПа синтеза и в набухшем равновесном состоянии изменялась от 2 до 4 мм.

(измерения толщины, проводились I II для каждого образца).

tg ~ Eэф Вид типичной кривой « - »

, % показан на рис. 7. Можно видеть, что 0 0,2 0,4 0, Рис.7. Пример кривой «напряжение – деформационная кривая состоит из деформация» набухшего макропористого гидрогеля. Температура синтеза -15 °С, I-где двух участков. Участок концентрация макромера в реакционной смеси 2 масс.%, концентрация инициатора происходило капиллярное вытеснение 1,2 мг/мл. I – область синерезиса под внешним давлением, II – деформация водной фазы из пористой структуры пористого полимерного каркаса.

II, полимера и участка где происходила деформация собственно пористого каркаса. По второму участку кинетической кривой рассчитывался модуль упругости. По результатам измерения упругости были рассчитаны эффективные значения сеток физических и химических узлов (таб.1).

Несмотря на то, что полученные значения, безусловно, могут носить лишь оценочный характер, можно выделить ряд тенденций в изменении параметров сетки пространственных связей. Как видно из полученных значений, степень влияния различных факторов на частоту сшивки различна.

Так изменение температуры синтеза, в целом, незначительно сказывается на длине участка между сшивками. Увеличение же, как концентрации реакционной системы, так и количества инициатора ведет к заметному увеличению частоты сшивки полимерной сетки гидрогелей.

Таблица. 1.

Модули упругости макропористых гидрогелей и параметры сетки пространственных связей.

Концентрация Температура Концентрация Eэф10-3, Мс10- макромера, синтеза, инициатора, Па % масс. С мг/мл -15 1,2 17,6 26, -15 1,2 22,0 18, -15 1,2 33,8 17, -15 1,2 35,2 15, 6 1,2 26,3 18, - 6 1,2 22,0 19, - 6 1,2 22,0 18, - 6 1,2 27,3 17, - 6 1,2 67,4 16, - 6 -15 21,3 19, 0, 6 -15 22,0 18, 1, 6 -15 56,9 11, 1, 6 -15 56,2 10, 6. Исследование осмотических свойств полученных гидрогелей.

Как было показано ранее, исследуемые макропористые полимерные гидрогели поливинилового спирта представляют собой систему, состоящую из набора связанных между собой пор, занимающих основную часть объема образца, разделенных участками сшитого полимера. Известно, что такая открытая пористая структура делает возможным чрезвычайно быструю сорбцию воды в направлении центра высушенной матрицы за счет капиллярных сил, что делает возможным быстрое набухание макропористого гидрогеля, вне зависимости от размера его частиц. На рис. 8 показаны зависимости степени набухания гидрогелей, полученных в различных условиях, от времени.

Таблица 2.

Константы скорости набухания гидрогелей, полученных в различных условиях Температура Концентрация Константа синтеза, макромера, набухания · 103, c.- °С % масс.

+ 20 2 0, + 20 4 0, - 15 2 7, - 15 4 7, - 15 6 5, - 15 10 3, 1 Как видно из таблицы 2 и 0, рисунка скорость набухания S/S 0, гидрогелей, полученных в 0, криоусловиях, в силу их пористого 0, строения, в 25-30 раз выше скорости Время, мин набухания изотропных гидрогелей, 0 30 180 210 240 270 Рис.8. Зависимость набухания гидрогелей полученных в криоусловиях (1) и при полученных при положительной (2) положительной температуре от температуре.

времени.

Наличие развитой пористой структуры объясняет также и большие количества жидкости, поглощаемые гидрогелями, полученными в криоусловиях. Как видно из 20 Набухание, мл/г приведенной зависимости (рис. 9), 16 Пористость, % большая часть, поглощаемой 12 гидрогелем при набухании, 8 жидкости заполняет свободное 4 пространство пор, занимающих 0 основной объем образца (до 90%).

0 2 4 6 8 10 12 Концентрация макромера, мас. % Вклад же, собственно, полимерной Рис.9. Равновесная набухаемость (1), макропористого гидрогеля его части материала, имеющей полимерной части (2) и его пористость (3), в зависимости от концентрации макромера относительно небольшую степень в реакционной смеси при его получении.

Температура синтеза -15 °С, концентрация набухания, сравнительно мал.

инициатора 1,2 мг/мл.

Примечательно, что равновесная набухаемость полимерной части гидрогеля, незначительно менялась при изменении условий синтеза, и составляла, во всех случаях, порядка 4 мл. воды на 1 г. сухого материала. В силу этого, можно было бы предположить, что равновесная набухаемость полученных гидрогелей преимущественно будет определяться степенью развитости пористой структуры образца. И действительно, при исследовании равновесной набухаемости образцов гидрогелей, полученных при различных условиях, наблюдалась явная корреляция между значением равновесной набухаемости и общей пористостью макропористого гидрогеля, а вид зависимости величины равновесного набухания от изменяемых условий проведения синтеза в основном повторял вид зависимости общей пористости гидрогеля от этого изменяемого фактора (рис. 9). Таким образом, изменение температуры проведения реакции и концентрации реакционной системы оказывало значительное влияние на способность полученных гидрогелей к Набухание, мл/г сорбции воды, тогда как изменение 12 количества инициатора, до 8 определенной его концентрации, практически, не вело к изменению M(NaCl), моль/л.

величины равновесного набухания 0 1 2 3 4 5 полученных гидрогелей.

Рис.10. Зависимость равновесной Поскольку в каждом конкретном набухаемости макропористых полимерных гидрогелей, полученных при различной концентрации реакционной системы, в случае, возникающем при растворах различной ионной силы.

Температура реакции -15 °C, концентрация практическом применении, инициатора 1,2 мг/мл., концентрация макромера: 1- 2 масс%, 2- 6 масс.%, 3- 10 используются растворы с различной масс.% pH, ионной силой и значением практический интерес представляло исследование осмотической стабильности полученных гелей.

Как упоминалось ранее, полученные макропористые гидрогели представляют собой систему, состоящую из полимерного каркаса, степень набухания которого невелика и мало изменяется при изменении внешних условий, и большого числа сообщающихся пор, содержащих основную часть жидкости, поглощаемой гелем при набухании. В силу подобного строения, такие гидрогели, в отличие от «обычных» изотропных гелей, незначительно изменяют свое равновесное набухание при изменении внешних условий, Набухание, мл/г 16 например, при изменении ионной силы или величины pH раствора (рис. 10 и рис.

11). Полученные данные хорошо соотносятся с данными полученными pH при исследовании осмотической 0 2 4 6 8 10 12 стабильности ряда других гидрогелей, Рис.11. Зависимость равновесного набухания макропористых полимерных полученных на основе различных гидрогелей, синтезированных при различной концентрации реакционной мономеров полимеризацией в системы, в растворах с различным значением pH. Температура синтеза -15 °C, воднозамороженных растворах.

концентрация инициатора 1,2 мг/мл., концентрация макромера: 1- 2 масс%, 2- масс.%, 3- 10 масс.% 7. Взаимодействие полученных гидрогелей с тканями организма и примеры их практического применения.

В силу того, что синтезированные гидрогели предполагалось использовать в контакте с тканями организма, исследовалась токсичность полученных гидрогелей. При проведении эксперимента на белых крысах с использованием провокационной внутрикожной пробы, сенсибилизирующее действие материала, о наличии которого судили по реакции дегрануляции тучных клеток, обнаружено не было. При исследовании цитотоксичности на суспензионной культуре подвижных клеток индекс токсичности составил 82 % при нормативном значении 70-120%.

Вытяжки из образцов не проявили гемолитического действия в опытах in vitro с изолированными эритроцитами кроликов: гемолиз составил 0,05 % при допустимом значении показателя этого менее 2%.

С целью изучения реакции тканей на синтезированный полимерный макропристый гидрогель проводились эксперименты по имплантации синтезированного макропористого гидрогеля (экспериментальное животное кролик). Забор материала осуществлялся через 21 день и 3 месяца после начала эксперимента. Ткани подвергались гистологическому исследованию с окраской гематоксилином-эозином. По результатам гистологического исследования тканей был сделан вывод, что при краткосрочном контакте (21 день) реакция окружающих тканей на вводимый гель заключалась в инкапсуляции без признаков его воспалительной инфильтрации и выраженного рассасывания, а при долгосрочном (3 месяца)- в выраженном, фактически полном, рассасывании имплантата и замещении его рыхлой соединительной тканью, без признаков воспалительной инфильтрации. Гистологическое изучение внутренних органов (печень, почки, селезенка, тимус, надпочечники, семенники) не выявило различий между структурой органов в контрольной и опытной группами животных.

Было предложено использовать синтезированные гидрогели в качестве основы для пломбировочного материала для замещения послеоперационных полостей и дефектов мягких тканей (макропористый гидрогелевый материал «ММ-Гель-Ф»). Клинические испытания препарата проводились на кафедре торакальной хирургии РМАПО РАМН, где он был успешно использован в ряде хирургических операций экстраплеврального пневмолиза, проводимых по поводу деструктивного туберкулеза легких, о чем имеется соответствующее заключение.

Кроме того, способность разработанных гидрогелей поглощать и удерживать значительные количества жидкости была использована при их применении в качестве увлажняющего компонента покрытия для лечения кожных поражений (повязка «Гелиос»). Применение такого увлажняющего элемента позволила снизить травмотичность применения покрытия и увеличить его лечебный эффект.

Таким образом, в данной работе был разработан метод получения макропористых полимерных гидрогелей сшитого поливинилового спирта, подтверждена их высокоразвитая пористая структура, устойчивость к изменению ионной силы и pH раствора, а также продемонстрировано отсутствие токсических свойств и высокая биосовместимость полученных гидрогелевых систем.

Выводы:

1. Путем радикального сшивания водорастворимого поливинилового спирта, модифицированного глицидилметакрилатом, в вводно-замороженных системах получены низкотоксичные пористые гидрогели пригодные для медико-биологического использования.

2. Исследованием процесса модификации поливинилового спирта глицидилметакрилатом, выявлены условия, позволяющие синтезировать полимеры с заданной степенью замещения, в том числе, растворимые в воде.

3. Установлено, что скорость сшивания модифицированного поливинилового спирта, в вводно-замороженных системах в присутствии - N,N,N',N' инициирующей системы персульфат калия тетраметилэтилендиамин и выход гидрогеля сшитого полимера достигают максимальных значений в диапазоне температур -12 -18С. При этом прочностные свойства гидрогеля являются оптимальными при количестве ненасыщенных заместителей 2,5-5 мол.%.

4. Электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что полученные гидрогели представляют собой системы с развитой пористой структурой и размером открытых пор от единиц до сотен микрометров, причем общая пористость и средний размер пор снижаются по мере роста концентрации полимера и снижения температуры процесса, но практически не зависят от концентрации инициатора в реакционной смеси. Путем анализа кривых «напряжение-деформация» продемонстрировано, что на частоту сшивки полимерной матрицы гидрогелей в наибольшей степени оказывает влияние количество введенного инициатора и в меньшей степени – концентрация полимера и температура образования гидрогеля.

5. Показано, что синтезированные макропористые полимерные гидрогели характеризуются высоким значением равновесной набухаемости, слабо зависящей от ионной силы и величины pH раствора.

6. Установлена высокая степень биосовместимости полученных полимерных систем и показана возможность их применения в качестве имплантатов и компонентов материалов для обработки кожных поражений.

Список публикаций по теме диссертации.

1. Артюхов А.А., Штильман М.И., Чалых А.Е., Золотайкина Т.С., Тсатсакис А.М. Макропористые гидрогели поливинилового спирта :

исследование влияния условий синтеза // Пластические массы.- 2005.- № 12.- С.

27- 2. Артюхов А.А., Штильман М.И., Чалых А.Е., Золотайкина Т.С., Тсатсакис А.М. Макропористые гидрогели поливинилового спирта: исследование формирования структуры // Пластические массы.- 2006.- № 1.- C. 27- 3. Артюхов А.А., Штильман М.И., Козлов В.С., Коршак А.Ю. Сшитые криогели поливинилового спирта // Успехи в химии и химической технологии.

М.: РХТУ.- 2004.- Т. 18, №2 (42).- C. 37- 4. Артюхов А.А., Штильман М.И., Золотайкина Т.С., Горчаков А.В.

Разработка технологии синтеза новых макропористых гидрогелей для медицины и биотехнологии // Успехи в химии и химической технологии.- М.:

РХТУ,- 2005.-Т.19, №2 (50).- С.93- 5. Voskanyan P.S., Artyukhov A.A., Shtilman M.I. Cross-linked macroporous hydrogel for medicine and biotechnology // Тез. докл. конф. «New Polymer System for Biotechnological and Biomedical Applications».- Ереван, Республика Армения, 2005.- P. 6. Artyukhov A.A., Shtilman M.I., Tsatsakis A.M., Gorchakov A.V., Korshak A.Yu. Crosslinked macroporous hydrogel of polyvinylalcohol for medicine and biotechnology // Тез. докл. 3-го Международного Конгресса «Biotechnology.

State of the art & prospects of development».- Москва, 2005.- Part 1, P. 49.

7. Артюхов А.А., Штильман М.И., Горчаков А.В., Коршак А.Ю. Сшитые макропористые гидрогели поливинилового спирта для медицины и биотехнологии // Тез. докл. Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2005».Секция «Химия», Москва.- 2005.- С. 8. Artyukhov A.A., Zolotaykina T.S., Kuskov A.N., Shtilman M.I., Tsatsakis A.M. Macroporous polymer hydrogel of polyvinylalcohol as drugs carrier // Тез. докл. 4-го Международного Конгресса «Biotechnology. State of the art & prospects of development» ».- Москва, 2006.- P.

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.